一種雙面生長的硅基四結(jié)太陽電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙面生長的硅基四結(jié)太陽電池，包括作為襯底的Si子電池，位于襯底上表面的GaAsxP1-x、GaInxP1-x子電池，以及位于襯底下表面的Ge子電池，所述GaAsxP1-x和GaInxP1-x子電池通過GaAsxP1-x組分漸變緩沖層與Si子電池連接，所述Ge子電池通過SixGe1-x組分漸變緩沖層與Si子電池連接，所述GaInxP1-x和GaAsxP1-x子電池之間、GaAsxP1-x子電池和Si子電池之間、Si子電池與Ge子電池之間通過隧穿結(jié)連接。本發(fā)明利用Si襯底制備級聯(lián)的四結(jié)電池，帶隙組合在1.95/1.5/1.12/0.67eV左右，可以在降低成本的同時，提高該電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
【專利說明】-種雙面生長的括基四結(jié)太陽電池

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及太陽能光伏的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是指一種雙面生長的娃基四結(jié)太陽電 池。

【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，晶格匹配性的神化嫁多結(jié)太陽電池因其轉(zhuǎn)換效率明顯高于晶娃電池而被廣 泛地應(yīng)用于聚光光伏發(fā)電（CPV)系統(tǒng)和空間電源系統(tǒng)。神化嫁多結(jié)電池的主流結(jié)構(gòu)是由 GalnP、GalnAs和Ge子電池組成的S結(jié)太陽電池，電池結(jié)構(gòu)上保持晶格匹配，帶隙組合在 1. 85/1. 40/0. 67eV左右。此外，為獲得更高效率，還有部分多結(jié)太陽能電池采用晶格失配的 材料進行生長，如無定形結(jié)構(gòu)的GaInP/GalnAs/Ge電池，為彌補晶格失配帶來的應(yīng)力和材 料質(zhì)量等問題，通過在Ge襯底上生長一個組分漸變GalnAs緩沖層，并增加GalnP、GalnAs 電池中的In組分來實現(xiàn)1. 8/1. 3/0. 67eV的帶隙組合。此外，還有的機構(gòu)在GaAs襯底上， 生個兩個不同組分的GalnAs電池，并用兩個組分漸變緩沖層來銜接，實現(xiàn)1. 85/1. 3/0. 9eV 的帶隙組合。
[0003] 迄今為止，W上電池在效率方面均取得了一定突破，達到了 40 %甚至更高水平。但 是，當(dāng)該類電池被應(yīng)用到對成本敏感的地面聚光電站中時，其昂貴的成本往往使得聚光電 站的造價提升，競爭力下降。而Ge基、GaAs基多結(jié)電池成本高的一個主要原因在于襯底所 采用的Ge或者Ga、As在地殼中含量很少，且很難直接提取和加工，因此成本高，使得僅襯底 就占電池成本的1/3?1/2,不利于多結(jié)電池的大規(guī)模推廣利用。
[0004] 而娃襯底由于經(jīng)歷1C產(chǎn)業(yè)和光伏產(chǎn)業(yè)數(shù)十年的開發(fā)和規(guī)模生產(chǎn)，具有非常明顯 的成本優(yōu)勢，已被消費品和能源市場廣泛接受。但由Si直接做成晶娃電池，由于娃晶格常 數(shù)為5.43A，與GaAs系列的5.65 A存在4%的晶格失配度，一直W來只W單結(jié)電池結(jié)構(gòu)出 現(xiàn)，受電池結(jié)數(shù)和吸收譜限制，其理論效率僅為27%，而晶娃單結(jié)電池的實際產(chǎn)品效率一直 在15?20%區(qū)間徘徊，很難進一步提升。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺點，提供一種雙面生長的娃基四結(jié)太 陽電池，通過組分漸變緩沖層，在作為襯底的Si電池的兩面分別生長Ge電池和GaAsJVy GaJrVyP電池，不僅可W有效提升電池的光電轉(zhuǎn)換效率，還可充分利用娃的成本優(yōu)勢，具有 良好的產(chǎn)業(yè)化前景。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為；一種雙面生長的娃基四結(jié)太陽電 池，包括作為襯底的Si子電池，在所述Si子電池的上表面按照層狀疊加結(jié)構(gòu)從上至下依次 設(shè)置有GaInJVy子電池、GaAs 子電池、GaAs 組分漸變緩沖層；在所述Si子電池的下 表面按照層狀疊加結(jié)構(gòu)從上至下依次設(shè)置有Si,Gei_，組分漸變緩沖層和Ge子電池；其中， 所述Gain子電池和GaAs 子電池之間通過第S隧道結(jié)連接，所述GaAs 子電池和 Si子電池之間通過位于GaAsJVy組分漸變緩沖層之上的第二隧道結(jié)連接，所述Si子電池 和Ge子電池之間通過位于Si,Gei_,組分漸變緩沖層之上的第一隧道結(jié)連接；所述Gain JV, 子電池和GaAsJVy子電池晶格匹配。
[0007] 所述GaInJV,子電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)從上至下依次包括有晶格匹配的n型AlGalnP或 A1 InP窗口層，n型GaInJVx發(fā)射區(qū)，P型Gain 基區(qū)，P型AlGalnP或A1 InP背場層；其 中，所述GaInJVx子電池中，X值在0. 5?0. 65區(qū)間內(nèi)，對應(yīng)GaIrixPi_x材料帶隙在1. 85eV? 2. 05eV區(qū)間內(nèi)。
[0008] 所述GaAsJV,子電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)從上至下依次包括有晶格匹配的n型GalnP窗 口層，n型GalnP或GaASxPi_x發(fā)射區(qū)，P型GaAsJV基區(qū)，P型GalnP背場層；其中，所述 GaIrixPi_x子電池中，X值在0. 85?1區(qū)間內(nèi)，對應(yīng)GaAs JVx材料帶隙在1. 42eV?1. 6eV區(qū) 間內(nèi)。
[0009] 所述GaAsJVy組分漸變緩沖層，從上往下其X值在1?0區(qū)間漸變，對應(yīng)的晶格常 數(shù)從與GaAsJVx匹配漸變?yōu)榕cSi匹配，亦即是在5.65?5.43A區(qū)間的漸變。
[0010] 所述Si腳1_迎分漸變緩沖層，從上往下其X值在1?0區(qū)間漸變，對應(yīng)的晶格常 數(shù)從與GaAsJV曲配漸變?yōu)榕cSi匹配，亦即是在5.43?5.65A區(qū)間的漸變。
[0011] 所述Si子電池從上到下依次包括有窗口層、n型P擴散層、P型層、背場層，作為襯 底使用前需進行雙面拋光處理。
[0012] 所述Ge子電池從上到下依次包括有窗口層、n型層、P型層、背場層。
[0013] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點與有益效果：
[0014] 利用Si子電池作為雙面襯底，并引入組分漸變緩沖層，在Si襯底之上設(shè)置有 〇3111九_濟GaAs JVx子電池，在Si襯底之下設(shè)置帶隙約0. 67eV的Ge子電池，最終可得到 帶隙結(jié)構(gòu)在1. 95/1. 5/1. 12/0. 67eV左右的GalnJVx/GaAsAVSi/Ge四結(jié)電池，不僅可滿 足太陽光譜下的四結(jié)電池最佳帶隙組合，有望得到較高的電池效率，還可顯著降低電池的 制造成本，為高效率電池的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了條件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明所述雙面生長的娃基四結(jié)太陽電池結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0017] 如圖1所示，本實施例所述的雙面生長的娃基四結(jié)太陽電池，包括有作為襯底的 Si子電池，在所述Si子電池的上表面按照層狀疊加結(jié)構(gòu)從上至下依次設(shè)置有GaInJV,子 電池、GaAsJV,子電池、GaAsJV迎分漸變緩沖層，在所述Si子電池的下表面按照層狀疊 加結(jié)構(gòu)從上至下依次設(shè)置有Si,Gei_，組分漸變緩沖層和Ge子電池；所述Gain 子電池和 GaAsJVy子電池之間通過第S隧道結(jié)連接，所述GaAs yPi_y子電池和Si子電池之間通過位于 GaAsJVy組分漸變緩沖層之上的第二隧道結(jié)連接，所述Si子電池和Ge子電池之間通過位 于Si,Gei_迎分漸變緩沖層之上的第一隧道結(jié)連接；所述Gain 子電池和GaAs 子電 池晶格匹配。
[001引所述Si子電池，從上到下依次包括有窗口層、n型P擴散層、P型層、背場層，作為 襯底使用前需進行雙面拋光處理。
[0019] 所述GaInJVy子電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)從上至下依次包括有晶格匹配的n型AlGalnP或 A1 InP窗口層（在本實施例中，具體選擇n型AlGalnP窗口層），n型GaInJVx發(fā)射區(qū)，P型 GalnA-基區(qū)，P型AlGalnP或A1 InP背場層（在本實施例中，具體選擇P型AlGalnP背場 層）；其中，所述GaIrixPi_x子電池中，X值在0. 5?0. 65區(qū)間內(nèi)，對應(yīng)GaInJVx材料帶隙在 1. 85eV?2. 05eV區(qū)間內(nèi)，而在本實施例中，X值取0. 59,對應(yīng)GaInJV,材料帶隙在1. 95eV 左右，晶格常數(shù)約為5. 62。
[0020] 所述GaAsJVy子電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)從上至下依次包括有晶格匹配的n型GalnP窗口 層，n型GalnP或GaASyPi_x發(fā)射區(qū)（在本實施例中，具體選擇n型Gal址0，P型GaAs JVx基 區(qū)，P型GalnP背場層；其中，所述GaIn,Pi_x子電池中，X值在0. 85?1區(qū)間內(nèi)，對應(yīng)GaAs JVx 材料帶隙在1. 42eV?1. 6eV區(qū)間內(nèi)，而在本實施例中，X值取0. 85,對應(yīng)GaAsJV,材料帶 隙在1. 59eV左右，晶格常數(shù)約為5. 62,與GaInJV,子電池晶格匹配。
[0021] 所述GaAsJVy組分漸變緩沖層，從上往下其X值在1?0區(qū)間漸變，對應(yīng)的晶格常 數(shù)從與GaAsJV曲配漸變?yōu)榕cSi匹配，亦即是在5.65?5.43A區(qū)間的漸變，在漸變完成后 保持X = 0生長2um的GaP，作為Si子電池的窗口層，并起到成核過渡作用。
[0022] 所述51典61_,組分漸變緩沖層，從上往下其X值在1?0區(qū)間漸變，對應(yīng)的晶格常 數(shù)從與GaAsJVx匹配漸變?yōu)榕cSi匹配，亦即是在5.43?5.65A區(qū)間的漸變。
[002引所述Ge子電池從上到下依次包括有窗口層、n型層、P型層、背場層。
[0024] 下面為本實施例上述雙面生長的娃基四結(jié)太陽電池的具體制備過程，其情況如 下：
[0025] 首先，對一個雙面拋光的4英寸P型Si單晶片進行正面P擴散，形成n型層，初 步形成Si子電池；然后采用金屬有機化學(xué)氣相沉積技術(shù)（MOCVD)或分子束外延生長技術(shù) (MB巧在作為襯底的Si子電池的上表面依次生長GaAsJVy組分漸變緩沖層、第二隧道結(jié)、 GaAsJVy子電池、第S隧道結(jié)和Gain 子電池；最后將襯底翻轉(zhuǎn)180°，再在作為襯底的 Si子電池的下表面依次生長Si,Gei_，組分漸變緩沖層和Ge子電池，即可完成雙面生長的娃 基四結(jié)太陽電池的制備。
[0026] 綜上所述，本發(fā)明利用Si襯底制備級聯(lián)的四結(jié)電池，并引入組分漸變緩沖層，在 Si襯底之上設(shè)置有GaInJV,和GaAs 子電池，在Si襯底之下設(shè)置帶隙約0. 67eV的Ge子 電池，最終可得到帶隙結(jié)構(gòu)在1. 95/1. 5/1. 12/0. 67eV左右的GaInxPi_x/GaASxPi_ySi/Ge四 結(jié)電池，該樣不僅可滿足太陽光譜下的四結(jié)電池最佳帶隙組合，有望得到較高的電池效率， 還可顯著降低電池的制造成本，為高效率電池的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了條件，值得推廣。
[0027] W上所述之實施例子只為本發(fā)明之較佳實施例，并非W此限制本發(fā)明的實施范 圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種雙面生長的硅基四結(jié)太陽電池，包括作為襯底的Si子電池，其特征在于：在所 述Si子電池的上表面按照層狀疊加結(jié)構(gòu)從上至下依次設(shè)置有GaInxPh子電池、GaAsxPh子 電池、GaAsxPh組分漸變緩沖層；在所述Si子電池的下表面按照層狀疊加結(jié)構(gòu)從上至下依 次設(shè)置有SixGei_x組分漸變緩沖層和Ge子電池；其中，所述Gain少^子電池和GaAs少^子 電池之間通過第三隧道結(jié)連接，所述GaAsxPh子電池和Si子電池之間通過位于GaAsxPh組 分漸變緩沖層之上的第二隧道結(jié)連接，所述Si子電池和Ge子電池之間通過位于SixGei_x組 分漸變緩沖層之上的第一隧道結(jié)連接；所述GaInxPh子電池和GaAsxPh子電池晶格匹配。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙面生長的硅基四結(jié)太陽電池，其特征在于：所述 6&111少1_ !￡子電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)從上至下依次包括有晶格匹配的η型AlGaInP或AlInP窗口層， η型GaInxPpj^射區(qū)，p型Gain基區(qū)，p型AlGaInP或AlInP背場層；其中，所述GainxPh 子電池中，x值在0. 5?0. 65區(qū)間內(nèi)，對應(yīng)GaInxPh材料帶隙在I. 85eV?2. 05eV區(qū)間內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙面生長的硅基四結(jié)太陽電池，其特征在于：所述 電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)從上至下依次包括有晶格匹配的η型GaInP窗口層，η型GaInP或GaAsxPpj^射區(qū)，ρ型GaAs基區(qū)，ρ型GaInP背場層；其中，所述Gain子電池中， X值在0. 85?1區(qū)間內(nèi)，對應(yīng)GaAsxPpx材料帶隙在I. 42eV?I. 6eV區(qū)間內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙面生長的硅基四結(jié)太陽電池，其特征在于：所述 GaAsxPh組分漸變緩沖層，從上往下其X值在1?0區(qū)間漸變，對應(yīng)的晶格常數(shù)從與 GaAsxPh匹配漸變?yōu)榕cSi匹配，亦即是在5.65?5.43A區(qū)間的漸變。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙面生長的硅基四結(jié)太陽電池，其特征在于：所述 SixGei_x組分漸變緩沖層，從上往下其X值在1?0區(qū)間漸變，對應(yīng)的晶格常數(shù)從與GaAsxPh 匹配漸變?yōu)榕cSi匹配，亦即是在5.43?5.65A區(qū)間的漸變。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙面生長的硅基四結(jié)太陽電池，其特征在于：所述Si子 電池從上到下依次包括有窗口層、η型P擴散層、P型層、背場層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙面生長的硅基四結(jié)太陽電池，其特征在于：所述Ge子 電池從上到下依次包括有窗口層、η型層、p型層、背場層。
【文檔編號】H01L31/0304GK104465809SQ201410718143
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】陳丙振, 張小賓, 王雷, 潘旭, 張露, 張楊, 楊翠柏 申請人:瑞德興陽新能源技術(shù)有限公司